(57)【要約】【課題】  低コストにおいて残炭分を適切に除去し、電界集中効果を均一にして均一な電子放出が得られる放電を利用したカソードの活性化方法を提供する。【解決手段】  酸化性囲気中において、スクリーンとスクリーン上に形成されたカーボンナノチューブ構造体により構成されるカソードと、放電プローブ間で放電を行うことによりカソードの活性化を行う。【選択図】    図１
2006286555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化性雰囲気中において、スクリーンとスクリーン上に形成されたカーボンナノチューブ構造体により構成されるカソードと、放電プローブ間で放電を行うことによりカソードの活性化を行うことを特徴とする電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項２】
前記放電プローブは尖端部を有する針状である請求項１に記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項３】
前記放電プローブがアレイ状である請求項２に記載の放電を利用した電界放出型ライトにおけるカソードの活性化方法。
【請求項４】
前記カソードと前記放電プローブ間の距離を５μｍ以上１ｍｍ以下で固定する請求項２または３に記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項５】
前記カソードと前記放電プローブ間での放電開始後、前記カソードを移動させてカーボンナノチューブ構造体全体を走査させる請求項１乃至４のいずれかに記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項６】
前記カソードと前記放電プローブ間での放電開始後、前記放電プローブを移動させてカーボンナノチューブ構造体全体を走査させる請求項１乃至４のいずれかに記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項７】
前記放電により放電プラズマを発生させ、残炭分の燃焼と共に前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブ先端を焼損させて、前記カーボンナノチューブ構造体形成面の凹凸を平坦化する請求項１乃至６のいずれかに記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法。
【請求項８】
放電終了後、前記カソードに対して圧縮気体を噴射して残灰分を除去する請求項１乃至７のいずれかに記載の電界放出型ライトにおける放電を利用したカソード活性化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法に関し、特に安価かつ残余物を残すことなく活性化を行う電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバー（以下、カーボンナノチューブ構造体とする）を電子放出源として利用する電界放出型ライトは、電子放出源であるカーボンナノチューブ構造体を固定させたカソードと、蛍光体を固着したアノードと、カソード・アソードを覆う真空容器で構成されている。
一般に電界放出型ライトのカソードは、カーボンナノチューブ構造体を有機バインダなどへ分散させることで、カーボンナノチューブ構造体を含むペーストを作製し、このペーストを導電性付与ガラス基板（スクリーン）等に塗布してガラス基板全体を焼成することで得ることができる。
【０００３】
この焼成の際、有機バインダなどの残炭分が基板上に残る。この残炭分が残っていると、カーボンナノチューブの表面が残炭分に覆われているため、電子が放出される特性、すなわち電子放出特性が悪くなる。従来は、残炭分を除去するため、活性化という手法が用いられてきた。具体的には、カーボンナノチューブ構造体上を覆うように粘着テープを貼り付け、その後にその粘着テープを剥がし、残炭分を粘着テープ側に付着させて除去する方法がある。
【０００４】
さらに最近では、レーザをカーボンナノチューブ構造体上に照射し、残炭分を燃やす方法が用いられてきている。
【０００５】
レーザを利用した残炭分を燃やす方法が[特許文献１]に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１７６３８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、粘着テープを利用した残炭分を除去する方法では、カーボンナノチューブ構造体表面上に粘着テープの粘着剤が付着する、粘着力が温度や湿度に影響される、小さい残炭分は除去できない等の問題があった。
【０００７】
また、レーザ法ではレーザ装置が非常に高価であることから、カソード作製コストが高くなる等の問題があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、低コストにおいて残炭分を適切に除去し、電界集中効果を均一にして均一な電子放出が得られる電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、安価かつ残余物を残すことなく活性化を行う電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法に関し、本発明の上記目的は、酸化性雰囲気中において、スクリーンとスクリーン上に形成されたカーボンナノチューブ構造体により構成されるカソードと、放電プローブ間で放電を行うことによりカソードの活性化を行うことによって、達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、前記放電プローブは尖端部を有する針状であることにより、或いは前記放電プローブがアレイ状であることにより、或いは前記カソードと前記放電プローブ間の距離を５μｍ以上１ｍｍ以下で固定することにより、或いは前記カソードと前記放電プローブ間での放電開始後、前記カソードを移動させてカーボンナノチューブ構造体全体を走査させることにより、或いは前記カソードと前記放電プローブ間での放電開始後、前記放電プローブを移動させてカーボンナノチューブ構造体全体を走査させることにより、或いは前記放電により放電プラズマを発生させ、残炭分の燃焼と共に前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブ先端を焼損させて、前記カーボンナノチューブ構造体形成面の凹凸を平坦化することにより、或いは放電終了後、前記カソードに対して圧縮気体を噴射して残灰分を除去することによって、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法によれば、放電による活性化により残炭分が処理されて、カーボンナノチューブカソードの電界放出特性が向上する。
【００１２】
放電中はカーボンナノチューブ構造体にほぼ垂直に電場がかかっている状態であることから、カーボンナノチューブ構造体がスクリーン（基板）に対して垂直に起毛した状態になりやすい。これにより、より一層電子放出特性が向上する。
【００１３】
さらには、放電現象は電極端子間距離が最短距離となる部分で発生する。このためカーボンナノチューブカソード表面の凹凸状態に応じてカーボンナノチューブ構造体内で放電プラズマによる自律的なカーボンナノチューブ構造体形成面の平坦化が起きる。この結果、カーボンナノチューブカソード表面における電界集中効果が均一となり、カーボンナノチューブカソード全体からの均一な電子放出が得られるようになる。
【００１４】
放電現象を利用した機器は、産業用途では広く使用されており、それを流用することが可能である。このため、活性化装置を新たに開発する必要がなく、低コストでカソードを作製することが可能である。レーザ装置のように機器が高価でないだけでなく、レーザ装置よりもカーボンナノチューブ構造体と放電プローブとの距離を厳密に制御する必要が無いため、操作自体も非常に簡単である。また、粘着テープのような異物の付着を気にする必要が無い。
【００１５】
これにさらに、圧縮気体の噴射による残灰物の除去をすることでより精度の高いカソードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、酸化性雰囲気中において、カーボンナノチューブ構造体とスクリーンとが焼成されたカソードに、放電プローブを用いてカーボンナノチューブ構造体の形成面全体を走査して放電させることで、有機バインダ等の残炭分を除去する電界放出型ライトにおける放電を利用したカソードの活性化方法に関するものである。
【００１７】
以下、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、カーボンナノチューブ構造体を有するカソードと放電プローブとの間で放電させる際の構成図の一例である。
【００１９】
カーボンナノチューブは、最終的な製品の特性に影響を与えない、少量の添加で効果がある、他の添加剤や原料と反応しないという点から、
分散剤（粉体分散性の向上）：ポリアクリル酸塩
消泡剤（スラリー調整時の泡発生防止）：ポリエチレングリコール
潤滑油（粉体粒子間や粉体と金型壁面の摩擦低減）：ステアリン酸塩
結合剤（バインダ）（成形性の向上）
・天然糊剤：デキストリン、澱粉、アラビアガム、カゼイン、アルギン酸塩
・合成糊剤及び界面活性剤：セルローズ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カルボン酸塩
・合成樹脂：フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、ポリプロピレン、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂
・石油・石炭分留物：アスファルト、ピッチ、コールタール
可塑剤（成形時の顆粒変形性の向上）：ポリエチレングリコール
を代表する有機添加物（有機バインダ）等に分散させられ、スクリーン２上に塗布や印刷後、焼成されてカーボンナノチューブ構造体１を有するカソード１０となる。
【００２０】
スクリーン２は、導電性付与ガラス基板等が用いられる。
【００２１】
焼成後の残炭分を除去するため、カソード１０を自由に移動させるためのステージ２０上に固定配置し、放電を行うための放電プローブ３０に近接させる。放電プローブ３０とカソード１０とには電源４０が接続されており、放電プローブ３０を陽極側、カソード１０を陰極側とする。また、放電を制御するための放電制御器５０が放電プローブ３０と電源４０との間、または電源４０とカソード１０との間に設けられている。なお、放電プローブ３０はカーボンナノチューブ構造体１に対して垂直放電を行う必要があるため、形状が針状であり、尖端部を有する必要がある。
【００２２】
放電プローブ３０は図２のようにアレイ上にすることも可能である。また、放電プローブ３０がステージ２０と同様に自由に移動できる構造でも構わない。逆に、ステージ２０が固定されて放電プローブ３０が自由に移動できる構造でも構わない。
【００２３】
なお、通常真空中で行われる電界放出型ライトのカソード・アノード間放電では、残炭分の焼却除去及び後述するカーボンナノチューブの焼損は起きないため活性化効果は得られない。一般的な工程として、エージング工程と呼ばれるカソード・アノード間に仕様電圧以上の電圧を印加することによって電界放出特性を向上・安定化させる工程があるが、本発明はより活性化効果を得るために酸化性雰囲気中（酸化反応が起こる状態）にて放電を行い、後述する残炭分の焼却除去及びカーボンナノチューブの焼損を行って活性化する。残炭分である有機バインダ等は不定形炭素構造を有するため、カーボンナノチューブ等の結晶性の高い炭素よりも酸化されやすい。ゆえにカーボンナノチューブの焼損が起こる際には残炭分も共に酸化され、低分子化して主に二酸化炭素（ガス化）や水となり除去される。
【００２４】
図３は、活性化を行うプロセスを表すフローチャートである。
【００２５】
スクリーン２上にカーボンナノチューブ構造体１が形成されてなるカソード１０は焼成後、放電による活性化を行うためにステージ２０上の任意の位置に配置、固定される（ステップＳ１０１）。ステージ２０は、放電プローブ３０と対を成しており、放電プローブ３０を陽極側、カソード１０を陰極側として電源４０及び放電制御器５０が設置されている。
【００２６】
カソード１０のステージ２０上への設置後、放電を行うためにステージ２０または放電プローブ３０の位置調節を行う（ステップＳ１０２）。この際の放電プローブ３０とカソード１０との距離は、低電圧で放電を行えること及びカソード１０との接触による短絡が起こる恐れが無いことを考慮し、５μｍから１ｍｍであるのが好ましい。放電プローブ３０がアレイ状であっても、この距離で構わない。
【００２７】
設置終了後、放電制御器５０を操作して電圧の調整を行う（ステップＳ１０３）。加圧電圧を０Ｖから徐々に上げていき、放電開始時の電圧で加圧電圧を固定する（ステップＳ１０４）。放電プローブ３０とカーボンナノチューブ構造体１との電流密度は、下限が一般的な電界放出型ライト仕様の１／１０である０．１ｍＡ／ｃｍ２、上限が放電スポットを１０μｍ×１０μｍと仮定し、後述する実施例において流れた電流１ｍＡを放電スポット面積で除した値である１０００Ａ／ｃｍ２であるのが望ましい。
【００２８】
放電開始後、ステージ２０および／または放電プローブ３０を移動させて、形成されたカーボンナノチューブ構造体１上を走査する（ステップＳ１０５）。この走査は、放電プローブ３０とカソード１０間の距離を一定のまま、カーボンナノチューブ構造体の全体を走査させる。こうして、カーボンナノチューブ構造体１上の残炭分は放電プラズマによる熱によって除去される。
【００２９】
上述したように、放電プローブ３０からカーボンナノチューブ構造体１に対しては垂直放電が行われる。まず、カソード１０と放電プローブ３０に電圧をかけることにより両者の間に電界が発生し、カーボンナノチューブには放電プローブ３０へと引かれる力が発生する。これによりカーボンナノチューブは立ち上がり、放電プローブ３０に対して起毛する。実際には放電プローブ３０が針状になっているため、カーボンナノチューブはそれぞれが放電プローブ３０の方向に向かって起毛し、放電プローブ３０および／またはステージ２０の移動によってカーボンナノチューブ構造体１上の起毛していない部分が除々に起毛していく。
【００３０】
放電は、起毛したカーボンナノチューブ構造体１中のカーボンナノチューブ先端と放電プローブ３０との距離が、カーボンナノチューブ構造体１中の他の起毛しているカーボンナノチューブ先端と放電プローブ３０との距離、またはカーボンナノチューブ構造体１表面に存在する突起（カーボンナノチューブ構造体形成面に存在する不純物）と放電プローブ３０との距離よりも小さくなった場合、事前に設定した放電電圧に達する前に放電が発生する。放電プローブ３０は針状であるので、放電は最も放電プローブ３０に近いカーボンナノチューブの先端と放電プローブとの間で起こることとなる。長いカーボンナノチューブは放電プローブからの放電距離が短いので大きな電流が流れ、放電先端がより高温になって酸化され焼損されて次第に短くなる。周囲のカーボンナノチューブと長さが近づくと電流値も周囲と同位になり、温度が下がって参加されにくくなる。このカーボンナノチューブ先端が焼損することにより、周囲の起毛したカーボンナノチューブ先端と放電プローブ３０との距離は、このカーボンナノチューブ先端と放電プローブ３０との距離と同位になり、先端が同一面に揃う。カーボンナノチューブ構造体１全体が走査することで、カーボンナノチューブ構造体１全体のカーボンナノチューブ先端が揃うこととなり、カーボンナノチューブ構造体１上の凹凸に応じての平坦化が実現する。
【００３１】
なお、カソード１０と放電プローブ３０との間にかけられている電圧は一定値を保っているため、起毛したカーボンナノチューブ先端と放電プローブ３０との距離が放電限界距離を越えた後、放電は発生しなくなる。これにより、電界がかかることによって起毛しているカーボンナノチューブ構造体１中のカーボンナノチューブの長さが電圧を制御することなく自律的に揃い、よりカーボンナノチューブ構造体１上の凹凸に応じての平坦化が実現する。
【００３２】
活性化後の残灰分をより除去するために、圧縮気体（例として窒素等）をカソード１０に対して噴射して取り除いても良い（ステップＳ１０６）。
【００３３】
なお、本発明はカソード基板に触媒を植えてカーボンナノチューブを成長させる製造方法により製造されたカーボンナノチューブ構造体についても適応できる。この場合、カーボンナノチューブは基板に対して垂直方向に配向されており、カーボンナノチューブの焼損により同様の効果が期待できる。また、有機バインダ等を利用している場合には焼却除去効果も得られる。
【実施例】
【００３４】
次に本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００３５】
本発明に従い、図１に基づいて、空気雰囲気中でガラス基板上に塗布されたスクリーン２表面から放電プローブ３０までの距離を１ｍｍとし、電圧を上げていった結果、放電が２ｋＶで発生した。その後、ステージ２０をＸ−Ｙ方向に約１ｃｍ／ｓで走査した結果、活性化を行っていないカソードと比較して明らかに良好な電子放出特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る、カーボンナノチューブ構造体を有するカソードと放電プローブとの間で放電させる際の構成図の一例である。
【図２】本発明に係る、カーボンナノチューブ構造体を有するカソードと放電プローブとの間で放電させる際の他の構成図の一例である。
【図３】本発明に係る、活性化を行うプロセスを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１              カーボンナノチューブ構造体
２              スクリーン
１０            カソード
２０            ステージ
３０            放電プローブ
４０            電源
５０            放電制御器
【図１】
2006286555.tif 000003
【図２】
2006286555.tif 000004
【図３】
2006286555.tif 000005